در این پایان نامه ابتدا رفتار و ویژگیهای حالتهای همدوس و فشرده عددی فوتونها در یک محیط خطی را مورد مطالعه قرار می دهیم. از آنجا که محیط? مخصوصا تحت تاثیر لیزرهای پرتوان? از خود خصوصیات غیرخطی نشان می دهد? در ادامه حالتهای همدوس را در یک محیط غیرخطی بررسی می کنیم. برای این منظور با بررسی اپتیک غیرخطی و معرفی محیط غیرخطی کر هامیلتونی غیرخطی محیط کر را تعریف کرده? آن را تعمیم می دهیم. با استفاده از هامیلتونی کر تعمیم یافته? که محیط کر حالت خاصی از آن می باشد? تحول زمانی حالتهای همدوس در این محیط را بررسی خواهیم کرد. برای اینکار عملگر تحول زمانی در اینگونه محیطها را محاسبه کرده با اعمال آن تحول زمانی حالتهای همدوس را بدست می آوریم. همچنین عدم قطعیت در مکان و اندازه حرکت را به عنوان تابعی از زمان و نسبت به حالتهای همدوس در یک محیط غیرخطی کر تعمیم یافته محاسبه گردیده است. با بررسی این مقادیر نشان می دهیم که حالتهای همدوس در محیط غیرخطی کر تعمیم یافته همدوس باقیمانده و تمام ویژگیهای یک حالت همدوس را دارا می باشد.

نور شدید لیزر که در یک محیط مادی انتشار می یابد منجر به پدیده های غیرخطی فیزیکی زیاد می شود. مهمترین اثر غیرخطی در دستگاه های ارتباطات فیبرنوری، پراکندگی القایی بریلوئین می باشد. این اثر غیرخطی می تواند کیفیت کارکرد دستگاههای ارتباطات نوری را کاهش دهد به این ترتیب که بیشتر توان نوری را که فیبر نوری می شود منعکس کرده و به موج استوکس رو به عقب تبدیل کند. فرکانس موج استوکس نسبت به فرکانس ورودی به فیبر کمتر است در نتیجه آن توان پمپ در عبور از فیبر به شدت کاهش می یابد برای یک فیبر نوری تک مد با شعاع هسته کوچک، حدود چند میکرومتر. توان آستانه رخداد پراکندگی القایی بریلوئین می تواند تا یک میلی وات نیز پایین بیاید این پدیده توان نوری بیشینه ای که می تواند بوسیله فیبر عبور داده شود را به شدت کاهش می دهد در این پایان نامه به حل عددی مجموعه معادلات جفت شده غیرخطی که پراکندگی القایی بریلوئین را توصیف می کند می پردازیم. با استفاده از روش عددی شوتینگ که در حل مسائل معادلات جفت شده غیرخطی با شرایط موزی نامعلوم به کار می رود و الگوریتم راتگ – کوتا مرتبه چهارم، مجموعه معادلات مربوطه را به روش عددی حل کرده و شدتهای پمپ و استوکس را در نقاط مختلف یک نمونه فیبر تک مد استاندارد به طور 7/2 کیلومتر بدست آورده و همچنین منحنیهای شدت استوکس در ابتدای فیبر و شدت پمپ در انتهای فیبر را برحسب شدت پرتولیزر ورودی به فیبر محاسبه کرده و پدیده اشباع توان انتقالی در انتهای فیبر را در مورد سه فیبر تک مد استاندارد بررسی کرده و مقایسه می کنیم.

در پراکندگی القایی بریلوئن تاثیر طول عمر فونون و ضریب بریلوئن محیط روی توان لازم برای تقویت سیگنال استوکس مورد بررسی قرار گرفته است..با استفاده از پارامترهای چهار محیط ccl4،gecl4،cs2 واستن ، شکل موج استوکس برای مقادیر مختلف توان دمش شبیه سازی شده است. اندازه میدان استوکس در محیط های متفاوت با تغییر ضریب بهره و نیز با تغییر طول عمر فونون بررسی میشود.تغییرات پرتو استوکس در طول محیط نیز با توجه به جای تمرکز نور در محیط های مختلف بر حسب طول های متفاوت مورد مطالعه قرار گرفته است.زمانی که محیطی با طول عمر فونون کوتاه و ضریب بهره کوچک استفاده شود،بیشترین محدوده توان قابل استفاده جهت تقویت استوکس بدست می آید.

پیشرفت و توسعه تارنوری باعث ایجاد انقلابی در صنعت ارتباطات راه دور شده است. با توجه به اینکه امروزه از تارهای نوری مخابراتی بطور وسیع استفاده می شود بررسی تارنوری به لحاظ عوامل میرائی و اتلاف انرژی بسیار حائز اهمیت است تا در صدد شناسایی و کاهش این عوامل برآییم تا محیطی که نور از آن عبور می کند دارای حداقل اتلاف انرژی باشد. یکی از این روش ها بازتاب سنج نوری در حوزه زمانی یا به اختصار otdr می-باشد. این یک روش مناسب برای عیب یابی تارهای نوری می باشد زیرا برخلاف روش های دیگر با داشتن فقط یکسر تارنوری می توان محل دقیق عیب را تعیین کرد و همچنین با استفاده از این روش می توان طول تارنوری، افت ابتدا تا انتهای تارنوری، میزان نور بازتابی و افت ناشی از عناصر مختلف را تشخیص دهد. otdrهای پیشرفته می توانند محل و میزان افت ناشی از جوش ها و اتصالات را نیز تعیین کنند. در این پایان نامه با استفاده از این روش بصورت تجربی برای عیب یابی تارنوری چندمدی با ضریب شکست پله ای بکاربرده شد و با برپایی یک چیدمان otdr، نور برگشتی از تارنوری ناشی از پراکندگی رایلی و بازتاب فرنل ثبت و از طریق آن محل دقیق عیب و نقص تعیین می شود و همچنین سرعت فاز بدست آمده از طریق این روش برابر با است. در نهایت نتایج تجربی بدست آمده با نتایج حاصل از تئوری مقایسه می شود.

در این رساله با استفاده از روش تفاضل محدود در زمان ابتدا به بررسی تأثیر خواص غیر خطی (از نوع کر) بلور فوتونی معکوس دو بعدی با شبکه های مربعی، مستطیلی و مثلثی بر میزان عبور نور از آنها می پردازیم. همچنین با ایجاد نقص دربلور با شبکه مثلثی، باند ممنوعه آن را با بلور کامل(بدون نقص) مقایسه خواهیم کرد. در ادامه میزان عبور نور از موجبرهای بلور فوتونی با شبکه های مربعی و مستطیلی را بررسی کرده ایم. از نتایج مهم بدست آمده در این رساله می توان به موارد زیر اشاره کرد اگر محیط زمینه بلورهای با شبکه مربعی، مستطیلی و مثلثی غیر خطی باشد عمق گاف (میزان عبور) برای هر دو مد teو tm نسبت به حالتی که محیط زمینه خطیست بیشتر (کمتر) می شود. با ایجاد موجبر در بلور های فوتونی مشاهده می شود که میزان عبور نور از موجبر با محیط زمینه غیرخطی (در هر دو مد te و tm با شبکه های مربعی و مستطیلی) بیشتر از حالتی است که محیط زمینه خطی است. همچنین این افزایش میزان عبور در موجبر با شبکه مستطیلی بیشتر از موجبر با شبکه مربعی است.

در این پایان نامه، انتشار نور کند در یک موجبر تیغه ای بلور فوتونی مثلثی به طور عددی با استفاده از روش بسط امواج تخت مطالعه شده است و بر اساس آن یک موجبر بلور فوتونی پهن باند با سرعت گروه پایین و پاشندگی پایین پیشنهاد شده است. تحلیل های شبیه سازی نشان می دهد که بیشینه ساختن ضریب گروه و کمینه ساختن پاشندگی در پهنای باند وسیع با تغییر شعاع حفره ی هوا، جابجایی موقعیت سه ردیف اول حفره ها در اطراف موجبر و تغییر زاویه بین بردارهای شبکه اولیه در موجبرهای بلور فوتونی امکان پذیر است. بررسی ها نشان می دهد اثر تغییر زاویه بین بردارهای شبکه اولیه بر پهنای باند و بر پاشندگی سرعت گروه به مراتب بیشتر از تغییر شعاع حفره هوا و جابجایی موقعیت حفره های موجبر می باشد. چنین موجبر بلور فوتونی، سرعت گروه پایین و پاشندگی پایین روی یک بازه ی طول موج گسترده ای را ارائه می کند. نتایج محاسبات عددی پهنای باند 32nm، 19nm و 15nm به ترتیب مطابق با ضریب گروه 30، 40 و 50 ارائه می دهد.

هدف این رساله بررسی قفل شدگی مد غیر فعال در لیزر ها است. برای فهم اولیه قفل شدگی مد از مدل نوسانگر شروع می کنیم و سپس معادلات هاس را معرفی می کنیم. معادلات هاس برای ایجاد قفل شدگی از یک رزوناتور فابر پرو استفاده می کند. در بررسی این معادلات تابعی برای جاذب های اشباع پذیر تعریف می شود که کند یا سریع بودن جاذب ها را نشان می دهد. برای حل معادلات از روش عددی تفاضل محدود به همراه روش کرنک نیکلسون استفاده شده است. همچنین در این پایان نامه با برپایی یک چیدمان ساده آزمایشگاهی و با استفاده از بلور های cr:yag (با ضخامتی در حد یک میلیمتر و ضرایب عبور اولیه 30% و 70%) موفق به تولید قطار پالس هایی به طول 160 تا 300 نانو ثانیه برای لیزر nd:yag شده ایم. برای تولید این قطار پالس از روش پالس های برخورد کننده استفاده کرده ایم که همزمان جذب غیر خطی بلور(cr:yag) به همراه فشرده سازی پالس در این روش اتفاق می افتد. این قطار پالس دارای پالس هایی با پهنای در حد چند نانو ثانیه است که وابسته به طول کاواک بوده و برای کاواکی به طول 5/1 متر پهنای آن ها به یک نانو ثانیه می رسد. پوش قطار پالس های ایجاد شده بسیار شبیه به پوش پالسی است که از روش غیر فعال q سوئیچ به همراه قفل شدگی مد برای تولید پالس های پیکو ثانیه مشاهده می شود.

در این رساله به بررسی خواص پلاسمونیکی یک زنجیره ی متناوب یک بعدی، از نانوذرات فلزی می پردازیم. هدف اصلی در این بررسی، به دست آوردن طیف عبوری از آرایه است. یکی از ویژگی های مهم چنین آرایه هایی، انتقال انرژی در امتداد آن ها است. روشی را که برای شبیه سازی معادلات ماکسول به کار برده ایم، روش تفاضل محدود در حوزه زمان، می-باشد. برای شبیه سازی ساختار مورد بررسی نیز از نرم افزار optifdtd که یک نرم افزار مفید در شبیه سازی امواج الکترومغناطیسی است، استفاده کرده ایم. در این تحقیق، تاثیر تعداد ذرات آرایه، فاصله ی بین ذرات، ابعاد ذرات را روی طیف عبوری بررسی کرده ایم. همچنین ضریب شکست محیط زمینه و ناهمگنی در محیط اطراف ذرات اثرهای مختلفی روی تراگسیل دارد. نتایج مهم به دست آمده از این تحقیق عبارتند از: با افزایش تعداد ذرات آرایه، گاف تراگسیل عمیق تر می شود. ضریب شکست محیط اطراف و فاصله ی بین ذرات، نقش مهمی در طیف عبوری دارند. با افزایش فاصله ی بین ذرات و همچنین ضریب شکست محیط اطراف، قله های موجود در نمودارهای تراگسیل به طرف طول موج های بلندتر جابه جا می شوند

در این پایان نامه، پدیده ی پراکندگی خود به خودی و القاییِ بریلوئن (sbs)، مورد بحث قرار گرفته است و استفاده ازآن در تولید نور کند بررسی شده است. تولید نور کند از طریق راه ای استاندارد دیگر و مزایای تولید آن از طریق (sbs) مورد تآکید قرار گرفته است. برای مشخص کردن چگونگی و میزان تولید نور کند، معمولأ از پارامتر ضریب گروه استفاده می شود. نتایج این کار با کار تجربی اُکاواچی مقایسه شده و نشان داده شده است که تأخیر زمانی محاسبه شده و تأخیر زمانی تجربه شده می باشد. این دو عدد از دید مرتبه ی مقداری با هم هم خوانی دارند.

انتشار مدهای الکترومغناطیسی مقید خالص به وسیله ساختار های موجبر متقارن انجام می شود. این ساختار شامل فیلم های نازک اتلافی فلزی با پهنای محدود که درون ماده دی الکتریک یکنواخت است ودر طول موج های اپتیکی کار می کند. مد ها بسته به تقارن میدان ها به چهار دسته تقسیم می شوند. علاوه بر این چهار مد اصلی، مدهای مرتبه بالا تر نیز ایجاد می شوند. پا شندگی مد ها با پهنا و ضخامت فیلم مشسخص و تعیین می شود. آثار تغییر در گذردهی محیط زمینه از روی تغییردر مدهای انتشاری مشخص می شود. در این رساله بستگی فرکانسی یکی از مد ها بررسی شده است. برای مد های بالاتر یک پهنای(عرض) قطع وجود دارد که کمتر از آن پهنا این مدها دیگر انتشار نمی یابند. بعضی از مدها نیز ضخامت قطع دارند. یکی از مد های پایه ای که از ساختار به دست آمده است، خصوصیات جالبی را نشان می دهد. این مد با کاهش ضخامت و پهنای فیلم بصورت موج عرضیالکتریکی و مغناطیسی (tem) که در محیط زمینه ایجاد می شود رفتار میکند. تلفات و ثابت فاز به طور مجانبی تمایل به موج tem دارند. اندازه تضعیف به دست آمده در این مد می تواند از مقدار عددی آن برای مدsbدر حالت موجبر با پهنای بینهایتکمتر باشد. توان تضعیف در مد های پایین در نزدیکیdb/cm 10-0.1، قابل دسترسی است. که امکان دسترسی به مقادیر کوچکتروجود دارد. باید توجه داشت، انتخاب ضخامت و پهنای فیلم موجبر را قادر به ایجاد مدی میکند که در مسافت های بلند نیز قابل استفاده باشد. به علاوه، مد می تواند توزیع میدانی داشته باشد که به آن قابلیت تحریک پذیری از انتها و سطح مقطع موجبر را می دهد. وجود این مد با پهنای گاوسی توزیع میدانموجبر فلزی با پهنای محدودی را ارائه می دهد که برای کاربرد هایی که به فاصله انتشار کوتاه نیاز دارند، جالب است

نانو ساختارهای فلزی نقش مهمی در طراحی ساختارهای با ابعاد زیر میکرومتری که قادر به کنترل نور در فضایی بسیار کوچکتر از حد پراشند، دارند. محدودسازی نور در چنین نانوساختارهایی حاصل برانگیزش مدهای پلاسمون سطحی (sps) و پلاسمون جایگزیده (lsps) در مرز مشترک فلز و دی الکتریک است. تحقیق و بررسی پلاسمونها علم و تکنولوژی ابزارهای جدیدی را معرفی می کند. هدف از این مطالعه پیشنهاد دادن نانوساختارهای فلزی با قابلیت تحریک sps و lsps در آنها جهت استفاده در ابزارهای اپتیکی و الکترواپتیکی می باشد. این ابزارها قابل استفاده در ادوات الکترواپتیکی و اپتیکی مانند آشکارسازها و سلول های خورشیدی، میکروسکوپ های نوری میدان نزدیک و ابزارهای ذخیره اطلاعات می باشند. ما به دنبال یافتن مشخصات هندسی این ساختارها برای عملکرد بهینه ابزار موردنظر می باشیم. شبیه سازی های انجام شده با حل عددی توسط بسته-های نرم افزاری بر پایه روش المان محدود (comsol) و تفاضل محدود در حوزه زمان (opti-fdtd) انجام شده است. در ساختار اول، به بررسی تداخل پلاسمونیک های سطحی ایجاد شده که نقش مهمی در عبور نور از یک روزنه ایفا می-کنند؛ پرداخته شده است. در این ساختار تلاش شده است عبور نور از یک روزنه فلزی که توسط یک فرورفتگی احاطه شده-است، با تمرکز بر روی اطلاعات فاز مربوط به امواج پلاسمون سطحی، بهینه شود. ساختارهای شامل حفره-فرورفتگی با عبور بهینه نور، ابزارهای مناسبی برای طراحی میکروسکوپ های نوری میدان نزدیک و اهداف ذخیره اطلاعات با راندمان بالا هستند. دردومین ساختار، نشان داده شده است با بهره گیری از توری های فلزی برروی سطح سیلیکون می توان مشکل پایین بودن راندمان کوانتومی آشکارسازهای سیلیکونی سد شاتکی را حل کرد. ساختار فلزی به گونه ای طراحی شده است که قسمت عمده انرژی نور فرودی در نزدیکی سد شاتکی به الکترون های داغ منتقل شود. آشکارساز پهن باند پیشنهادی که با قرار دادن دو نوع توری مختلف برروی سیلیکون در پهنای طول موجی 200 نانومتر بدون حساسیت به زاویه نور فرودی کار می کند؛ قادر است 76 درصد نور مادون قرمز فرودی را جذب و آشکارسازی کند.نتایج به دست آمده راه حل مطمئنی برای دستیابی به آشکارسازهای سیلیکونی سد شاتکی با راندمان کوانتومی بالا می باشد. جذب پایین گرافین در محدوده طیف مرئی استفاده از این ماده منحصربه فرد در ادوات پرسرعت الکترواپتیکی را محدود می سازد. در سومین ساختار مطالعه شده، با کمک روشهای عددی نشان داده ایم که می توان از نانوساختارهای فلزی برای افزایش جذب نور در یک تک لایه گرافین استفاده نمود. نتایج شبیه سازی های انجام شده نشان می دهد برانگیخته شدن رزنانسی پلاسمون های سطحی در نانوساختار فلزی به طرز چشمگیری میدان الکترمغناطیسی موضعی در نزدیکی گرافین را افزایش داده و باعث افزایش ناگهانی جذب در لایه گرافین می شود. با طراحی مناسب نانوساختار فلزی می توان جذب گرافین را در محدوده وسیعی از طول موج افزایش داد به طوری که جذب مستقل از زاویه فرودی بماند. نتایج به دست آمده راه مطمئنی برای افزایش جذب تک لایه گرافین در محدوده نور مرئی می باشد، که در طراحی سلول های فوتوولتائیک بر پایه گرافین مورد توجه می باشند.

یکی از مسائل مورد توجه در اپتیک پراکندگی نور است، نور می تواند به عنوان ابزاری برای پیدا کردن پارامترهای ظاهری و سطحی جسمی بدون تماس با آن مورد استفاده قرار گیرد. روش پراکندگی امواج الکترومغناطیس از جمله روش هایی است که می توان از سطوح غیر صلب اطلاعات کسب کرد. پراکندگی این امواج از روی اجسام به اندازه، شکل، مواد تشکیل دهنده و غلظت آنها بستگی دارد. ناهنجاریهای ساختاری و مکانیکی گلبول های قرمز خون با اختلالات مهم مرتبط شده است. می توان از روش پراکندگی نوری به جمع آوری داده ها ی مکانیکی از خواص مکانیکی و دینامیک سلول های زنده و خواص نوری آنها بدون تماس فیزیکی با گلبول های قرمز پرداخت. گلبول های قرمز خون به شکل یک سیلندر هستند که دارای عمق، عرض گودی، ارتفاع و ضخامت بوده ، که همان پارامتر های کلینیکی آنها نامیده می شوند. پارامترهای کلینیکی گلبول های قرمز می تواند تغییر کند. در این رساله با استفاده از تبدیل فوریه نور پراکنده شده از گلبول های قرمز خون تحت اولین تقریب بورن مدلی تئوری ارائه داده می شود که در آن دامنه و فاز امواج الکترومغناطیسی پراکنده شده برروی گلبول های قرمز خون ناسالم مورد آزمایش را، محاسبه می گردد و داده های بدست آمده را با داده های بدست آمده مشابه از روی گلبول های سالم مقایسه می شود. این کار را بر روی اسمیرخون انجام می دهند [1] که ابزار تشخیصی استاندارد در آسیب شناسی است.

در این رساله با شبیه سازی سه بعدی نشان داده شده است که انتشار پرتو در موجبرهای پلاسمون-پلاریتون سطحی بارگذاری شده با دی الکتریک در مقایسه با موجبرهای کاملأ دی الکتریک (همراه با بستر دی الکتریک) عملکرد بهتری دارد. شبیه سازی انجام شده نشان داده است که بهترین ابعاد برای چنین موجبرهایی، عرض و ضخامت 600 نانومتر می¬باشد که در طول موج 1/55 میکرومتر بهترین عملکرد را دارد. در ساختارهای دوتایی چنین موجبرهایی جفت¬شدگی در طول مشخصی از انتشار بین دو موجبر اتفاق می¬افتد، که بطور دوره¬ای شار انرژی بین دو موجبر ردو بدل می¬شود. همچنین نشان داده شده است که سرعت انتقال شار انرژی از یک موجبر به موجبر دیگر با کاهش فاصله¬ی بین آنها افزایش می¬یابد. بعلاوه در این رساله جفت شدگی بین سه موجبر پلاسمای سطحی بار گذاری شده با دی¬الکتریک در دو حالت بررسی شده است. در حالت اول سه موجبر در یک راستا (امتدادy) قرار گرفته¬اند و با تحریک موجبر وسطی انتقال انرژی از این موجبر به دو موجبر کناری در طول انتشار بررسی می¬شود. در حالت دوم دو موجبر کناری یک فاصله¬ی طولی نسبت به وسطی پیدا می¬کنند. شبیه سازی¬ها نشان می¬دهد که اگر این فاصله¬ی طولی قابل ملاحظه باشد دیگر انتقال انرژی از موجبر وسطی به دو موجبر کناری رخ نمی¬دهد. در این شرایط چنانچه نانوذره¬ی فلزی (طلا) با شعاع مناسب به صورت متقارن در فاصله¬ی طولی بین موجبرها برروی لایه طلا یا بدون این لایه قرار گیرد، خواهد توانست دوباره جفت شدگی انرژی بین این موجبرها را ایجاد کند.

از آنجاکه امروزه جاذب های اشباع پذیر نانولوله کربنی تک دیواره به طور موفقیت آمیزی در لیزرهای گوناگون مانند لیزرهای حالت جامد، فیبری و نیمه رسانا به کار می روند، در این رساله سعی شده است که با تهیه نمونه هایی از این نانولوله ها با سه روش لایه نشانی چرخشی، تبخیر عمودی و افشانه ای پارامترهای موثر در فرآیندهای لایه نشانی را مورد بررسی قرار دهیم. سپس با قرار دادن این نمونه ها در محل مناسبی در داخل کاواک لیزر nd:yag پالسی، قابلیت منظم سازی شکل پالس خروجی یا هم فازسازی مدهای طولی این لیزر را به صورت تجربی مورد مطالعه و اندازه گیری قرار دهیم. شکل پالس های خروجی اندازه گیری شده نوید دست یابی به پالس های بسیار کوتاه حاصل از فرآیند قفل شدگی مد را می دهد. همچنین به منظور دستیابی به جاذب اشباع پذیر بهینه فاکتورهای دخیل در ساخت جاذب اشباع پذیر را به طور سیستماتیک و با استفاده از روش full factorial design مورد بررسی قرار می دهیم

بررسی تاثیر خاصیت شنل پنهان ساز پلاسمونیکی دولایه متحدالمرکز بر یک استوانه دی الکتریک بی نهایت است، زمانی که این استوانه به عنوان سلول پایه در یک بلور فوتونی دوبعدی جایگزین یک استوانه دی الکتریک بدون پوشش با طول بی نهایت میگردد. هدف، بررسی و مقایسه طیف عبوری دو بلور فوتونی ذکر شده در حالت های مختلف است

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.